انجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Experimental investigation and numerical simulation of the acoustic field of the ultrasonic cleaning transducerبررسی تجربی و شبیهسازی عددی میدان آکوستیک ترنسدیوسر شستشو فراصوتی11420953710.22034/ijme.2024.469216.1988FAمهدیسلیمانیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایراناشکانصفربالیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایرانرضوانعابدینیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایرانوحیدفرتاشونددانشکده هنر، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایرانیونسعلیزادهدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایرانJournal Article20240730High-power ultrasonic transducers emit high-frequency waves in a liquid environment, creating intense sound fields that cause the phenomenon of cavitation inside the liquid tank. The explosion of small bubbles, known as cavitation, results from intense sound fields, as well as physical and chemical phenomena. This process is used to remove contamination from the surface of sensitive and complex parts. Determining the acoustic field of the ultrasonic transducer within the tank can assist in identifying the required number of transducers, the optimal distance between them, and the appropriate dimensions of the tank. Given the high cost of experimental tests, the finite element method is a suitable tool for predicting the behavior of the vibrating assembly and determining the ultrasonic acoustic field within the liquid inside the tank. In this research, the resonance frequencies of the vibrating assembly and the acoustic wave propagation field were investigated using COMSOL finite element analysis software. After fabricating the components and assembling the tank, the acoustic field resulting from ultrasonic vibration was measured in different positions of the tank using a high-frequency hydrophone during the experimental test phase. Based on the experimental mapping data and its comparison with the simulation results, both harmonic and superharmonic frequencies were observed simultaneously in the water environment. The consistency between the simulation results and the experimental tests demonstrated that the simulation method is a suitable tool for predicting the behavior of the liquid inside the tank under high-power ultrasonic vibrations.ترنسدیوسرهای توان بالای فراصوتی با انتشار امواج فرکانس بالا در محیط مایع و ایجاد میدانهای صوتی شدید موجب ایجاد پدیده کاویتاسیون درون مخزن مایع میشوند. انفجار حبابهای ریز که به کاویتاسیون معروف هستند، حاصل میدان صوتی شدید، پدیدههای فیزیکی و شیمیایی میباشند و برای زدودن آلودگیها از سطح قطعات حساس و پیچیده استفاده میشود. تعیین میدان آکوستیک ترنسدیوسر فراصوتی درون مخزن میتواند کمک شایانی در تعیین تعداد ترنسدیوسر لازم، فاصله بهینه بین آنها و ابعاد مناسب مخزن نماید. با توجه به هزینه بالای آزمونهای تجربی، روش اجزاء محدود یک ابزار مناسب جهت پیشبینی رفتار مجموعه ارتعاشی و تعیین میدان آکوستیک فراصوت در مایع درون مخزن میباشد. در این پژوهش تعیین فرکانسهای رزونانس مجموعهی ارتعاشی و بررسی میدان انتشار موج آکوستیک توسط نرمافزار تحلیل اجزاء محدود کامسول انجام گرفت. پس از ساخت اجزاء و مونتاژ مخزن، در بخش آزمون تجربی، میدان آکوستیک حاصل از ارتعاش فراصوت، به وسیله هیدروفون فرکانس بالا در موقعیتهای مختلف مخزن اندازهگیری شد. بر اساس دادههای نقشهبرداری تجربی و مقایسه آن با نتایج شبیهسازی، فرکانسهای هارمونیک و سوپرهارمونیک به صورت همزمان در محیط آب مشاهده شدند. تطابق نتایج شبیهسازی و آزمون تجربی نشان داد که روش شبیهسازی یک ابزار مناسب جهت پیشبینی رفتار مایع درون مخزن تحت ارتعاشات فراصوت توان بالا میباشد.https://www.iranjme.ir/article_209537_e5d16c05900129b9936ca7f2963e663b.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Experimental and numerical study of environmental parameters' influence on the surface morphology of mesostructures fabricated by integrating additive manufacturing and electroforming processesبررسی تجربی و عددی تاثیر پارامترهای محیطی بر ریختشناسی سطح ریزسازههای تولید شده با ادغام فرایند ساخت افزایشی و الکتروفرمینگ152520988310.22034/ijme.2024.477345.2006FAامیرفهیمی هنزائیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران0009-0003-9904-6761سیدمرتضیموسویدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران0009-0006-5619-0052جواداکبریدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران0000-0001-9888-4649Journal Article20240908With the rapid development of the microelectromechanical systems (MEMS) field, the demand for small-scale metallic components has significantly increased. Among the manufacturing methods for micro metal structures, the LIGA (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) process, utilizing electroforming, offers high dimensional accuracy and surface smoothness; however, it has limitations such as expensive equipment and a lack of design flexibility. The integration of additive manufacturing and electroforming processes alleviates the limitations of the LIGA process in producing micro and meso metal structures. Environmental parameters during the electroforming process have a considerable impact on surface morphology, the occurrence of voids, and dendritic growth of the final product. In this study, the effects of various environmental parameters, such as the anode-cathode distance, the acidic or non-acidic nature of the electrolyte, copper sulfate concentration, and the state of the stirring system (on or off), on the surface morphology of microstructures produced through the integration of additive manufacturing and electroforming of copper were investigated. Additionally, to save on costs and testing time, numerical simulation of the electroforming process was conducted using COMSOL software to predict the thickness profile of the deposited layer during the process. Experimental results indicate that the addition of 78 grams of sulfuric acid to the electrolyte results in a significant improvement in surface smoothness. Furthermore, at low concentrations of copper sulfate (approximately 80g/l), dendritic growth becomes predominant on the layer. Experimental and numerical investigations on the effect of anode-cathode distance revealed that this parameter has a minor impact on surface roughness and thickness of the deposited layer. The numerical results showed a maximum error of 7.5 percent compared to the experimental model.با توسعه روزافزون حوزه میکروالکترومکانیک، تقاضا برای قطعات فلزی با ابعاد کوچک به طور چشمگیری افزایش یافته است. در میان روشهای تولید ریزسازههای فلزی، فرایند لیگا با بهرهگیری از روش الکتروفرمینگ، دقت ابعادی و صافیسطح بالایی را ارائه میدهد اما دارای محدودیتهایی چون تجهیزات گرانقیمت و عدم انعطافپذیری در طراحی میباشد. ادغام فرایند ساخت افزایشی و الکتروفرمینگ، محدودیتهای فرایند لیگا در تولید ریزسازههای فلزی را کاهش میدهد. پارامترهای محیطی فرایند الکتروفرمینگ تاثیر زیادی بر ریختشناسی سطح، بروز حفره و رشد قارچی محصول نهایی دارد. در پژوهش جاری تاثیر پارامترهای محیطی از قبیل فاصله آند-کاتد، اسیدی یا غیراسیدی بودن الکترولیت، غلظت سولفاتمس و سیستم همزن روشن یا خاموش بر ریختشناسی سطح ریزسازههای تولید شده با ادغام فرایند ساخت افزایشی و الکتروفرمینگ فلز مس مورد مطالعه قرارگرفته است. همچنین با هدف صرفهجویی درهزینه و زمان آزمایش، از شبیهسازی عددی فرایند الکتروفرمینگ در نرمافزار کامسول برای پیشبینی پروفیل ضخامت لایه نشانیشده طی فرایند استفاده شده است. نتایج تجربی نشان میدهد که افزودن مقدار 78 گرم سولفوریکاسید به الکترولیت سبب بهبود چشمگیر صافیسطح میشود، همچنین در غلظتهای پایین سولفاتمس (حدود80گرم بر لیتر) رشد قارچی بر لایهای غالب میشود. با بررسی تجربی و عددی تاثیر فاصله آند-کاتد بر زبری سطح و ضخامت لایهنشانی شده مشاهده شد این پارامتر تاثیرکمی بر زبری و پروفیل سطح دارد. نتایج عددی، بیشینه خطای5/7 درصد را نسبت به مدل تجربی نشان میدهند.https://www.iranjme.ir/article_209883_ae0af42ea5d582a11a9c994a96a2002e.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Developing surface roughness prediction model using deep convolutional networkتوسعه مدل پیشبینی کننده زبری سطح با استفاده از شبکه عمیق پیچشی263621021610.22034/ijme.2024.474664.2000FAمحمدزنگنه نجفیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایرانمحمدشهبازیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران0000-0001-9479-6756سید علینیکنامدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران0000-0001-9901-9032Journal Article20240822Surface roughness of machined parts is a critical parameter indicating surface quality, influenced by various factors. This report presents a deep learning-based framework for predicting and classifying surface roughness in milled parts. The model was developed using data from 162 experiments on three aluminum alloys: 7075, 6061, and 2024, which included cutting speed, cutting depth, tool coating type, feed rate, and surface roughness output. In this study, acoustic emission signals recorded during milling experiments were converted into two-dimensional images and fed into convolutional neural networks such as ResNet18, ShuffleNet, MobileNet and CNN-LSTM. Four encoding methods were used to convert time series signals into 2D images. The Segmented Stacked Permuted Channels (SSPC) method achieved the best performance with an accuracy above 98% across most models. Also, by increasing the number of classes, the accuracy values of the four mentioned methods have been investigated. ShuffleNet and MobileNet with an accuracy of 96-99% and low computational cost, is identified as suitable for real-time monitoring. The methods' efficiency in the mentioned networks was also evaluated under two noise levels (40% and 80%) in both zero-mean noise and non-zero-mean noise scenarios.زبری سطحی قطعات ماشینکاری شده یکی از پارامترهای مهم برای نشاندادن کیفیت سطح است که پارامترهای گستردهای در آن تأثیر میگذارد. این گزارش یک چارچوب پیشبینی و طبقهبندی زبری سطح در قطعات فرزکاری است که با استفاده از تکنیکهای یادگیری عمیق بر روی دادهها، مدلی برای پیشبینی و کلاسهبندی مقادیر زبری سطح ارائه میدهد. در مجموع از دادههای 162 آزمایش برای سه آلیاژ آلومینیوم 7075، 6061 و 2024 استفاده شده است که شامل سرعت برشی، عمق برش، نوع پوشش ابزار، نرخ پیشروی ابزار و خروجی زبری سطح است. در این مقاله، سیگنالهای نشر آوایی ضبط شده در طول آزمایشهای فرزکاری به تصاویر دوبعدی تبدیل و به شبکههای عصبی پیچشی مانند رزنت 18، شافلنت، موبایلنت و CNN-LSTM بهعنوان ورودی داده شدهاند. چهار روش کدگذاری برای تبدیل سیگنالهای سری زمانی به عکسهای دوبعدی استفاده شده است. روش انباشت کانالهای جایگشت شده بادقت بالای 98٪ در بیشتر مدلها بهترین عملکرد را دارد. همچنین با افزایش تعداد کلاسها به بررسی مقادیر دقت در چهار روش ذکر شده پرداخته شده است. شبکه شافلنت و موبایلنت با دقت 96-99٪ و هزینه محاسباتی کم، یکی از مدلهای مناسب برای نظارت بلادرنگ میتواند استفاده شود. کارایی روشها در شبکههای گفته شده نیز تحت دو سطح نویز 40% و 80% در دو حالت نویز میانگین صفر و نویز با میانگین غیر صفر سنجیده شد.https://www.iranjme.ir/article_210216_927266da25eaa07a0ee51d19bab0b3e8.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Investigation of the impact of blade failure on the performance of a nonlinear bladed disk-shaft systemبررسی تأثیر خرابی شکستن پره بر عملکرد سیستم شفت دیسک پرهدار غیرخطی375121160810.22034/ijme.2024.474429.1998FAمحمد امینوصالگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران0000-0002-0452-5643محمد رضاقضاویگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران0000-0002-9650-6318اصغرنجفیگروه مکانیک تجهیزات دوار، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایرانJournal Article20240821In industrial applications, blade shaft-disk systems, blade failure, leads to improper system operation and potential damage to other components. Therefore, structural health monitoring and preventing damage from failures is of high importance. Monitoring disk center displacement, bearing displacements, and mode shapes in bladed rotor systems with broken blades is essential for identifying dynamic changes, diagnosing faults, and predicting service life. Blade failure alters the system’s mode shapes, which, when analyzed, can enable early fault detection and prevent damage escalation. This process contributes to more precise maintenance planning, prevention of vibration amplification, and increased safety. In this article, two bladed shaft-disk systems are compared: one with four intact blades and another with five blades, one of which is broken. In the model, the shaft is considered flexible, the bearings are nonlinear, and the disk is unbalanced. The interaction between the disk and the blades, as well as the damping in the bearings and blades, is also accounted for in the model. Results show that the disk center displacement increases from 3 mm at a rotational speed of 1300 rpm to 6 mm at 1900 rpm. Displacement at the bearing locations increases up to sevenfold, leading to increased forces on the bearings. At lower frequencies, the system with a broken blade exhibits greater vibrations and power than the symmetrical system, and at frequencies between 60 and 100 Hz, both systems reach approximately the same power level.در کاربردهای صنعتی سیستمهای شفت دیسک پرهدار، خرابی و شکستن پره منجر به عملکرد نامناسب سیستم و آسیب به بخشهای دیگر میشود. به همین دلیل پایش سلامت سازه و جلوگیری از آسیبهای ناشی از خرابی از اهمیت بالایی برخوردار است. بررسی جابهجایی مرکز دیسک، جابهجایی یاتاقانها و شکل مود در سیستمهای روتور پرهدار با پره شکسته برای شناسایی تغییرات دینامیکی، تشخیص خرابی، و پیشبینی عمر مفید اهمیت دارد. شکستگی پره، شکل مودهای سیستم را تغییر میدهد که میتوان با تحلیل آنها خرابی را زودهنگام شناسایی کرده و از گسترش آسیب جلوگیری کرد. این بررسی به برنامهریزی دقیقتر تعمیرات، جلوگیری از تشدید ارتعاشات و افزایش ایمنی کمک میکند. در این مقاله، دو سیستم شفت دیسک پرهدار مقایسه شدهاند؛ در یکی ۴ پره سالم و در دیگری ۵ پره با یک پره شکسته وجود دارد. در این مدل، شفت انعطافپذیر، یاتاقانها غیرخطی و دیسک نامتعادل در نظر گرفته شدهاند. اثر متقابل بین دیسک و پرهها و همچنین میرایی یاتاقانها و پرهها نیز در این مدل در نظر گرفته شده است. نتایج نشان میدهد، جابهجایی مرکز دیسک از 3 میلیمتر در سرعت دورانی 1300 دور در دقیقه به 6 میلیمتر در سرعت دورانی 1900 دور بر دقیقه میرسد. جابهجایی در محل یاتاقانها تا 7 برابر افزایش یافته و منجر به افزایش نیروها در یاتاقان میشود. در فرکانسهای پایین، سیستم با پره شکسته، ارتعاشات و توان بیشتری نسبت به سیستم متقارن دارد و در فرکانسهای 60 تا 100 هرتز، هر دو سیستم به سطح توان تقریباً یکسانی میرسند.https://www.iranjme.ir/article_211608_2e3a36ee173e08b847427ffbcb479d30.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Stress analysis of the railway turnout crossing using finite element method and life estimation with multi-axial fatigue criteriaتحلیل تنش قطعه تکهمرکزی سوزن ریلی با کاربرد روش مدلسازی المان محدود و تخمین عمر با معیارهای خستگی چندوجهی526621181810.22034/ijme.2024.480010.2012FAمصطفیصباغیگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایرانمحمدعلیصائیمی صدیقگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران0000-0001-8500-4083موسیساجدگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران0000-0003-1439-1279صادقعبادیمرکز تحقیق و توسعه، شرکت گسترش صنایع ریلی ایران، تبریز، ایرانJournal Article20240923In the rail system, the turnout crossing is prone to the growth of fatigue cracks and failure due to its strong contact with the train wheel. The intense contacts during the passage of the wheel cause significant stresses on the rail surface which cause fatigue damage. This is a numerical study using the finite element method on the central piece of the UIC60 R300 mono-block, the traverses, and the R7T mono-block wheel with the ORE S1002 920 mm standard profile, in order to evaluate the stresses, strains, and contact forces. In this research, the wheel and rail model along with the spring elements have been used in order to simulate the set of rails, traverses, and train wheels. To obtain the critical zone in the path, the dynamic analysis of the wheel pass on the rail has been simulated. Then, in a modified model that only included the critical region, the sub-modeling technique was used for accurate stress analysis. In order to acquire the mechanical properties, the standard samples made of rail and traverses have been subjected to tensile, compressive and fatigue tests. Finally, three life prediction models based on critical plane theory have been used to estimate life. The results of this research show that the turnout crossing is prone to fatigue crack growth in the direction of rail depth and in the plates where the shear stresses are maximum.در سیستم ریلی قطعه تکهمرکزی به عنوان یکی از اجزای مهم سوزن به دلیل تماسهای شدید خود با چرخ قطار مستعد رشد ترکهای خستگی و شکست میباشد. این تماسهای شدید که در حین گذر چرخ از روی سوزن سبب ایجاد تنشهای قابل ملاحظهای در سطح ریل میشود، به دلیل ماهیت تکرار شونده و مقادیر قابل ملاحظه خود در نهایت سبب ایجاد تخریب خستگی در سطح ریل میگردد. هدف از این پژوهش، انجام مطالعه عددی به روش المان محدود بر روی تکه مرکزی منوبلوک آر300 (UIC60 R300)، تراورسها و چرخ منوبلوک آرهفتتی (R7T) با پروفیل استاندارد 920 میلیمتر اس1002 (ORE S1002)، به منظور ارزیابی تنشها، کرنشها و نیروهای تماسی میباشد. در این پژوهش از مدل چرخ و ریل به همراه المانهای فنر به منظور شبیهسازی مجموعه ریل، تراورسها و چرخ قطار استفاده شده است. به منظور بهدست آوردن منطقه بحرانی در مسیر تکهمرکزی، تحلیل دینامیکی سیر چرخ روی ریل شبیهسازی شده است. سپس در مدلی اصلاح شده که فقط شامل منطقه بحرانی از تکهمرکزی بوده از روش زیر-مدلسازی جهت تحلیل تنش دقیق استفاده شده است. جهت به دست آوردن خواص مکانیکی و خستگی تکهمرکزی نمونههای استاندارد تهیه شده از جنس ریل و تراورسها تحت آزمونهای کششی، فشاری و خستگی قرارگرفتهاند. در نهایت از سه مدل پیشبینی عمر بر پایه تئوری صفحه بحرانی جهت تخمین عمر استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان میدهد، قطعه تکه مرکزی در جهت عمق ریل و در صفحاتی که تنشهای برشی ماکزیمم است مستعد به رشد ترک خستگی میباشد.https://www.iranjme.ir/article_211818_3399459d059b3ba21a7c13cb496f5223.pdfانجمن مهندسی ساخت و تولید ایرانمهندسی ساخت و تولید ایران2476-504X111120250120Designing and manufacturing a novel polymeric hybrid auxetic structure using 3D printing method by combining arrow-head and missing rib structuresطراحی و ساخت یک ساختار آگزتیک هیبریدی نوین پلیمری به روش پرینت سه بعدی با ترکیب ساختارهای سرپیکانی و میسینگ ریب677621197110.22034/ijme.2024.487862.2025FAرزگارحسنزادهگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران0009-0005-0133-9334Journal Article20241109Auxetic metastructures are advanced structures that, unlike conventional structures, expand in width when stretched in one direction. This characteristic is associated with a negative Poisson's ratio, which enhances their mechanical properties. One method for creating auxetic structures is through 3D printing technology, which allows for the production of complex and precise designs. The aim of the present study is to design and fabricate a novel polymeric auxetic structure using 3D printing technology. The innovative auxetic structure consists of four arrow-head unit cells surrounding a single missing rib unit cell. This structure was designed in SolidWorks, and subsequently, 3D printed samples of the proposed novel auxetic structure were produced. The 3D printed samples of the novel auxetic structure presented were subjected to longitudinal strains ranging from 0% to 25%. The results demonstrated that the 3D printed samples, after being subjected to longitudinal strain, also exhibited an increase in width, confirming that the structure presented in this research is indeed auxetic. The novel auxetic structure presented in this research showed superior performance compared to the auxetic structures introduced in previous studies, achieving a maximum negative Poisson's ratio of -0.54 at 5% longitudinal strain.ساختارهای آگزتیک ساختارهایی پیشرفته هستند که برعکس ساختارهای مرسوم وقتی تحت کشش در یک راستا قرار میگیرند، در راستای دیگر به جای باریک شدن، پهنتر شده و این ویژگی آن ها با نسبت پواسون منفی همراه میشودکه سبب میشود خواص مکانیکی آن ها بهبود یابد. یکی از روش های تولید ساختارهای آگزتیک استفاده از فناوری پرینت سه بعدی است که امکان تولید ساختارهای پیچیده و دقیق را فراهم می کند. هدف تحقیق حاضر، طراحی و ساخت یک ساختار آگزتیک نوین پلیمری می باشد که به وسیله فناوری پرینت سه بعدی ساخته می شود. ساختار آگزتیک نوین متشکل از چهار سلول واحد سرپیکانی است که دور یک سلول واحد میسینگ ریب را احاطه کرده اند. این ساختار در محیط سالیدورکس طراحی شده و سپس نمونه های پرینت سه بعدی با ساختار آگزتیک نوین ارائه شده در تحقیق حاضر تولید گردیدند. نمونههای پرینت سه بعدی با ساختار آگزتیک نوین ارائه شده در راستای طولی تحت کرنش های مختلف در بازه ی 0% تا 25% قرار گرفتند و نتایج نشان داد که نمونه ها پس از اعمال کرنش طولی، در راستای عرضی نیز افزایش طول داشته که اثبات می کند که ساختار ارائه شده در این تحقیق، یک ساختار آگزتیک است. ساختار آگزتیک نوین ارائه شده در این تحقیق در مقایسه با ساختارهای آگزتیک نوین ارائه شده در تحقیقات پیشین عملکرد مطلوبی را ارائه داد و بیشترین نسبت پواسون آن در کرنش طولی 5% به میزان 0.54- حاصل گردید.https://www.iranjme.ir/article_211971_1ec075895b98b70b59bc860284e090cd.pdf